青藏線k476k478段風(fēng)沙病害成因分析

青藏線k476k478段風(fēng)沙病害成因分析

青藏線k476k478段位于柴達木盆地東部，線路呈東西走向。地形平坦開闊,北高南低,海拔3000m左右。該段線路兩側(cè)為寬100～150m的流動沙地,地表為疏松沙質(zhì),浮沙層較厚,在大風(fēng)吹刮下,風(fēng)沙上道對線路造成風(fēng)蝕沙害,嚴(yán)重時造成列車停運或緩行,不得不投入大量人力進行清沙。另外,該路段與一季節(jié)性洪水溝相交,雨季洪水挾帶大量泥沙傾瀉而下,以致淹沒線路,堵塞橋涵。從1998年以來,每年僅橋涵清淤一項就耗資10～15萬元,但仍不能保證橋涵正常使用,汛期往往是清而復(fù)淤,清不勝清,因此該路段的病害治理已成為當(dāng)務(wù)之急了。1沙區(qū)主要立地條件路段自然條件很差,降水稀少,蒸發(fā)強烈,冬季嚴(yán)寒且歷時較長(約七個月),春季多風(fēng),氣候干燥,溫差較大,屬典型的大陸性高寒干旱氣候。全年2～5月份基本上都是風(fēng)沙日,年均風(fēng)速為3.2m/s,最大風(fēng)速達25m/s,主導(dǎo)風(fēng)向為SW70°～80°,次風(fēng)向為NW,全年風(fēng)沙日最多達132d,而且揚沙、浮塵、沙塵暴較為普遍,對固沙造林極為不利。全年干旱少雨,降水量不足160mm,主要集中在7～8月份,約占全年降水量的80%。而春秋季的干旱少雨對植物成活造成嚴(yán)重威脅。由于本地區(qū)自然條件惡劣,地表植被低矮稀疏,主要為白茨、梭梭、駱駝刺等,有時雨季在植物返青期過后遲遲到來,導(dǎo)致大部分植物缺水干枯甚至死亡,整個地區(qū)呈現(xiàn)一片荒原大漠的景象。2鐵路事故的形成和破壞2.1洪水沙化的沙害在該段K476+266處有一跨度為2.0m的拼裝圓涵,涵管上游約2km處有一季節(jié)性洪水溝,兩側(cè)支溝較發(fā)育,匯水面積較大。地面為黃土質(zhì)粘沙土,抗沖蝕能力低,溝床侵蝕、側(cè)蝕極為嚴(yán)重,溝床下切深度達6～7m。溝床縱坡陡峻,適于泥沙向下游流動,洪水?dāng)y帶大量的泥沙向線路涌來。由于該處僅有一圓涵排淤,且該涵上下游地勢平坦,基本無排水縱坡,泥沙流在該處流速減緩,在線路兩側(cè)形成滯洪區(qū)。洪水?dāng)y帶的大量泥沙淤積在橋涵和線路兩側(cè),造成橋涵失效和泥沙堵孔漫道、淹埋線路,給行車安全造成很大威脅。為確保設(shè)備的正常使用,每年要耗費相當(dāng)大的人力、物力、財力進行3～4次清淤。同時,由于洪水泥沙的淹埋,使得該段原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更趨惡化,植被消亡沙化,加之水土保持不力,形成的洪積區(qū)泥沙失水后又轉(zhuǎn)化成充足的沙源,在該段線路兩側(cè)形成了一片寬100～150m的流動沙地。在風(fēng)力作用下,產(chǎn)生風(fēng)沙流運動,形成了線路沙害。每當(dāng)狂風(fēng)大作時,常伴有沙塵暴發(fā)生,使得沙害在該區(qū)段異常頻繁和猖獗。2.2洪水和沙害對鐵路的破壞2.2.1部分河段國外入路設(shè)計偏低洪水溝雨季發(fā)水時,雨水?dāng)y帶大量泥沙沖向線路,形成泥石流。在設(shè)計初期由于對該條泥石流溝認識不足,以致該段路肩標(biāo)高設(shè)計得偏低,橋涵孔徑不足。近年來,每遇大雨就出現(xiàn)橋涵淤堵、泥沙漫道、淹埋線路及橋頭路基被沖毀等情況,對行車安全造成了極大的威脅。2.2.2車下鐵路運輸造成線路出現(xiàn)瓶頸,線路沙害是危及青藏線行車安全的五大病害之一,它對鐵路的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①造成列車緩行或停車事故,需投入大量的人力清除線路積沙才能放行列車,給鐵路運輸造成損失;②道床積沙后,在列車的振動作用下,沙粒充滿道床,將枕木和鋼軌不均勻抬高,造成“拱道”,使線路發(fā)生三角坑、低接頭等病害,造成線路爬行;③風(fēng)沙流吹蝕路肩,造成路肩道碴不足,線路幾何尺寸難以保持,增大了線路養(yǎng)護維修的工作量;④道床積沙板結(jié),降低了道床的彈性,縮短了線路中修正常周期,增大了鐵路更新改造的費用,同時加劇了鋼軌的磨耗及螺栓、扣件等零配件的銹蝕,縮短了鋼軌及零配件的正常使用壽命。3綜合處理措施3.1預(yù)防洪水向下游滲透,防止橋梁淤堵通過以上調(diào)查分析可以認為:產(chǎn)生橋涵淤積、功能失效以及線路被淹埋的主要原因,是洪水?dāng)y帶的大量泥沙在線路兩側(cè)堆積。為穩(wěn)定泥石流溝床,抑制溝床的下切和側(cè)蝕,減少洪水向下游攜帶大量的泥沙,根據(jù)地形情況,在泥石流流動區(qū)的適當(dāng)位置修建漿砌片石谷坊壩,以減輕溝床的侵蝕下切和攔擋淤泥沙,從而減少下游的泥沙補給,防止橋涵淤堵。為防止泥石流漫道,確保泥石流能順暢排走,在下游泥石流形成區(qū)(即靠近線路部分)設(shè)置了導(dǎo)流槽,將泥石流通過導(dǎo)流槽引導(dǎo)到橋涵中排走,藉以約束和固定泥石流的流向,確保線橋設(shè)備的安全渡洪和功能正常。3.2植物：植物6年生時率高,有自然為了整治該段線路沙害,采用了以工程防沙為主,結(jié)合植物治沙的整治方法,收到了一定的效果。通過治理,現(xiàn)在風(fēng)沙掩埋線路的情況已不再發(fā)生,風(fēng)沙上道也得到了一定程度的緩解。(1)固沙和阻沙措施工程防沙具有不受降水條件限制、見效快、造價低、可因地取材等特點,在鐵路防沙中應(yīng)用較為廣泛。對靠近線路處的沙害,通過鋪設(shè)規(guī)格為1m×1m、高度為0.3～0.35m的石方格和規(guī)格為1m×1m、高度為0.25～0.35m的蘆葦方格進行固沙,同時還采取將橋涵河道內(nèi)的積沙清除到下游一定距離后,通過覆蓋厚6～10cm的碎石的方法,增加地表的粗糙度,減少地表起沙;對遠處風(fēng)沙流的侵襲,通過在線路兩側(cè)50～100m處設(shè)置高2m左右的擋沙墻進行阻沙。由于擋沙墻使風(fēng)沙流在沙墻前后形成旋渦,使風(fēng)速迅速降低,從而阻擋了風(fēng)沙流的前移,使大部分沙粒沉積于沙墻前后,起到了擋沙的作用。(2)沙害治理的發(fā)展方向植物治沙能夠削弱風(fēng)速、改善生態(tài)環(huán)境、增加植物覆蓋率,從而可達到長期治沙的目的,因此,大力發(fā)展植物固沙是鐵路沙害治理的發(fā)展方向。首先,我們在前期工程防沙的基礎(chǔ)上,利用在石方格、蘆葦方格內(nèi)形成的相對固定的沙面,在雨季播種一些易成活的、耐旱的沙生植物如檸條、花棒等,以增強固沙能力。但由于干旱因素限制了植物的生長,沙生植物成活率很低;其次,在線路兩側(cè)30～50m處用深栽法試種楊樹。通過試驗,楊樹當(dāng)年基本上能成活,但需要防止亂砍亂伐。3.3減少了運行成本,提高了經(jīng)濟效益。在一般緩刑(1)通過該段路基病害的治理,線路積沙顯著減少,減少了清沙的臨時用工,僅線路清沙一項每年可節(jié)約費用上萬元;(2)減輕了風(fēng)沙對線路道床的拱抬和設(shè)備的老化速度,節(jié)約了線路維修費用,降低了工人的勞動強度;(3)原來道床由于積沙而失去彈性,使正常的線路中修周期由5～7年縮短到3～5年,而且沙害地段的中修費用比正常地段每km要多投資0.5～1.0萬元,治理后線路中修可按正常周期進行,可節(jié)約投資數(shù)十萬元;(4)通過泥石流溝的治理,僅橋涵清淤費用每年可節(jié)約5～10萬元,而且有效地防止了泥石流漫道和水害事故的發(fā)生,其經(jīng)濟效益更為可觀;(5)確保了行車安全,有力地支援了沿線地方經(jīng)濟的發(fā)展,產(chǎn)生了較好的社會效益。4植物從工程治療工藝過程中同時進行三大種類藥物的應(yīng)用,從(1)通過治理,鐵路沙害得到了有效控制,道心積沙由原來的3～6cm降至現(xiàn)在的1cm以下,河道清淤由原來的每年3～4次變?yōu)楝F(xiàn)在的每兩年1次,而且清沙量大大減少。(2)雖然線路沙害得到治理,但如果對工程設(shè)施不及時保護和維修,后期如果不進行植物治沙,工程設(shè)施就很容易被沙掩埋而失效。因此,只有工程治沙和